Die Variation der archäomagnetischen Intensität seit 1500 BC

Mit Hilfe von paläomagnetische Messungen an geheizten archäologischen Strukturen, die das Erdmagnetfeld aufgezeichnet haben, kann seine Säkularvariation mit einer Zeitauflösung im Bereich von Jahrzehnten erfasst werden. Dies erlaubt die Beschreibung des Erdmagnetfeldes mit Kugelfunktionsmodellen, die aus historischen Daten der vergangen 400 Jahre gewonnen wurden, für die letzten Jahrtausende fortzusetzen. Unentbehrlich für solche Modellierungen ist eine genügend dichte Datenbasis, insbesondere für die Archäointensität. Während West-, Mittel- und Südeuropa für die letzten 2000 Jahre gut mit Archaeorichtungen abgedeckt sind, ist der Anteil an Intensitäten eher gering und sie zeigen eine große Streuung. Genügend dicht und präzise sind bisher nur die Daten für die vergangenen 700 Jahre. Hauptziel des Projekts ist es, an Fundstellen, für die Archäorichtungen bekannt sind, Messungen der Archäointensität durchzuführen. Hiermit soll der Datensatz an archäomagnetischen Gesamtvektoren Mitteleuropas für die letzten 3500 Jahre von ein bis zwei Werten pro Jahrhundert auf etwa fünf Werte pro Jahrhundert vergrößert werden. Dieses Ziel soll mit Hilfe einer neuen Paläointensitätsmethode erreicht werden, die zunächst getestet werden soll. Die Methode erlaubt chemische Alterationen zu vermeiden und Domäneneffekte zu korrigieren. Verglichen mit der klassischen Thelliermethode benötigt die neue Methode weniger als ein Drittel der Heizschritte. Die Paläointensität ist sehr viel schneller zu bestimmen und es kann auch Material verwendet werden, das mit der Thelliermethode keine Ergebnisse liefert. Der angestrebte große Datensatz an archäomagnetischen Gesamtvektoren wird die Datenbasis für ein verbessertes Modell des Erdmagnetfeldes für die letzen 3500 Jahre liefern und die Genauigkeit und den Anwendungsbereich der archäomagnetischen Datierung wesentlich vergrößern. In diesem Zeitintervall traten fünf archäomagnetische Jerks` auf, die über schnelle Änderungen in der Bewegung des Richtungsvektors definiert sind. Der Jerk um 800 n. Chr. korreliert mit einer Erhöhung der Archäointensität, während der bei 900 v. Chr. durch eine große Schleife östlicher Deklinationen von bis zu 70 gekennzeichnet ist. Die Positionen der virtuellen geomagnetischen Pole liegen bei relativ niedrigen geographischen Breiten bei oder unterhalb von 60N. Zur gleichen Zeit sinkt die Archäointensität auf etwa zwei Drittel des heutigen Wertes und steigt dann schnell auf etwa das Doppelte des heutigen Wertes an. Diese erhöhte Säkularvariation ist in Fundstellen in Österreich, Deutschland und Frankreich dokumentiert, und soll weiter untersucht werden. Der starke Anstieg der Archäointensität zwischen 800 und 500 v. Chr. korreliert mit einem feuchteren und kälteren Klima in Mitteleuropa. Dies gibt auch für die erhöhten Archäointensitäten um 800 n. Chr. In beiden Zeitintervallen wird außerdem eine erniedrigte 14C-Produktion beobachtet, die zu Plateaus in der 14C- Kalibrationskurve führt. Dies erhärtet mögliche Zusammenhänge zwischen dem Erdmagnetfeld und Prozessen in der Atmosphäre, die die Radionuklidproduktion oder Wolkenbildung steuern. Allerdings ist eine wesentlich verbesserte Datenbasis für entsprechende globale Erdmagnetfeldmodelle erforderlich.

Die Ergebnisse des Projekts tragen zu zwei wissenschaftlichen Feldern bei. Einerseits zur Geophysik, wobei ein bedeutend größerer Datensatz an geomagnetischen Feldvektoren für das Zeitintervall von 1500 v. Chr. bis 2003 n. Chr. eine verbesserte Kenntnis der geomagnetischen Feldvariationen für die vergangenen 3500 Jahre erlaubt. Dieser Datensatz überlappt mit direkten historischen Aufzeichnungen des Erdmagnetfeldes. Dies erlaubt die Verlässlichkeit von sogenannten archäomagnetischen Messungen, die Information über den geomagnetischen Feldvektor aus der Untersuchung von allen Arten von Öfen, gebranntem Ton, Ziegeln und Töpferwaren ziehen, besser einzuschätzen. Andererseits kann, sobald die zeitliche Änderung des geomagnetischen Feldes für eine bestimmte Region bekannt ist, diese zur Alterbestimmung archäologischer Befunde mit gebranntem Material herangezogen werden, deren Alter unbekannt ist. Diese Methode ist gut etabliert, sofern die Richtung des geomagnetischen Feldes benutzt werden kann. Die Herausforderung des Projekts war jedoch, mehr Daten über die Stärke des geomagnetischen Feldes zu gewinnen, deren Bestimmung wesentlich schwieriger ist. Hierzu wurde eine neue Methode an einer großen Zahl archäologischer Befunde getestet. Obwohl die neue Methode letztlich nicht wesentlich schneller oder erfolgreicher als etablierte Methoden ist, hat sie den Vorteil kleinerer Messfehler und eine bessere Einschätzung der Zuverlässigkeit der Daten zu ermöglichen. Die neu gewonnenen Daten untermauern weiter, dass sehr starke Variationen der archäomagnetischen Feldstärke in zwei Zeitintervallen von jeweils einigen Hundert Jahren um etwa 800 vor und etwa 800 nach Chr. auftraten. Gerade in diesen Zeiträumen helfen auch neue Daten der Magnetfeldrichtung, die geomagnetischen Variationen besser zu erfassen und sie zeigen, dass auch starke Bewegungen der Magnetfeldrichtung auftraten. Die beiden Zeitintervalle fallen mit zwei langen Plateaus der Radiokarbon-Kalibrationskurve zusammen, weswegen 14C-Alter in diesen für die Archäologie wichtigen Zeiträumen sehr ungenau sind. Es handelt sich um den Übergang von der Bronze- zur Eisenzeit und das Frühmittelalter. Die starken geomagnetischen Variationen sind nun genügend genau erfasst, um sie für die archäomagnetische Datierung in Mitteleuropa zu benutzen und so bei der Verbesserung archäologischer Chronologien zu helfen. Die Daten sind auch wichtig für die Geophysik und die Modellierung des geomagnetischen Feldes. Entscheidend für solche Modellierungen und ihre Zeitauflösung ist eine genügend dichte Datenbasis, die nun durch die Ergebnisse des Projekts erstmalig für Mitteleuropa zur Verfügung steht. Hieraus lässt sich eine besseres Verständnis starker, geomagnetischer Variationen auf Zeitskalen von Jahrzehnten bis Jahrtausenden ziehen.